火后兴安落叶松人工林生物量的估算1)

2011-05-31黄德权胡海清

东北林业大学学报 2011年9期

关键词：迹地兴安火烧

黄德权胡海清

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

王仲巍

(青岛市园林环卫技术学校)

孙龙

(东北林业大学)

林火是北方森林的主要干扰因子之一，在很大程度上决定着该区域森林生态系统的碳平衡［1］。大兴安岭是我国北方森林的集中分布区，也是森林火灾发生最为频繁的区域之一。统计数据表明，过去30 a间，黑龙江省大兴安岭地区共发生森林火灾959次，过火面积2.89×106hm2，其中林地面积1.47×106hm2。火烧之后林火迹地的植被恢复，是人们面临的一个重要问题［2］。大面积的火烧迹地主要依靠自然更新进行生态恢复，但是针对一些重度火烧迹地，则根据区域特点，主要选择兴安落叶松进行了人工造林。但造林后对于生态系统的恢复状况研究的较少，尤其是生物量和生产力恢复的数据非常缺乏。关于兴安落叶松林生物量和生产力的研究开展得较早，主要集中于天然林［3－7］和人工林［8－11］两方面，具体内容包括:单木生物量测定［12］、林分生物量［13－14］及生产力［4，6，8－10，13－15］测定、利用模型手段进行生态系统水平的生产力以及区域生产力模拟［15］等方面的研究，对于不同干扰下生态系统生产力动态变化的研究较少。本文选择黑龙江省大兴安岭地区火后不同年代兴安落叶松造林地为研究对象，通过样地设置、野外采样以及室内分析，研究了火后兴安落叶松(Larix gmelini)造林地的生物量和生产力动态变化，为进一步认识火烧迹地碳汇恢复过程，有效开展火烧迹地生态恢复研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究地点位于黑龙江省大兴安岭林区(50°10'～53°33'N，121°12'～127°00'E)，面积为 8.35 ×106hm2。该区属寒温带季风气候，年均气温－2℃，最低气温－52.3℃，最高气温39.0℃。年降水量350～500 mm，降水集中于7—8月份。相对湿度70%～75%。积雪期达5个月，林内雪深30～50 cm。土壤以棕色针叶林土和暗棕壤为主。全区山势比较平缓，海拔为300～1 400 m。大兴安岭林区属于寒温带针叶林区。森林类型以兴安落叶松(Larix gmelinii)林、樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)林、兴安落叶松—白桦(Betula platyphylla)林和白桦林为主。由于大面积火烧迹地多集中于1987年大兴安岭5·6特大森林火灾后，因此，本文选择的火烧迹地造林年份最早为1989年。鉴于火烧迹地造林年份不长，本文还选取了另外两种造林地类型(荒地造林和湿地造林)作为对比。研究地概况见表1。

1.2 野外取样和室内测定

分别选取大兴安岭加格达奇、新林、塔河、漠河林业局立地条件相似的兴安落叶松人工林造林样地。每个年份的造林地设置3个样地(20 m×30 m)，分别在乔木层、灌木层、草本层及地被物层进行取样，测定其生物量。乔木生物量应用异速生长方程进行估算［9］42，其他各层次应用收获法进行估算。数据处理及分析采用Excel、SPSS等统计分析软件。

2 结果与分析

2.1 火后不同时期兴安落叶松人工林乔木生物量及生产力

在所选择的样地中，火烧迹地人工林中林龄最大为21 a，其乔木生物量为55.19 t/hm2，除12年生和19年生的兴安落叶松林生物量稍有降低外，总体呈增加趋势。19年生兴安落叶松乔木生物量下降较为显著，原因主要是土壤相对较薄(仅10 cm)，养分条件较差。1～10、11～15、16～21年生兴安落叶松人工林乔木平均生物量分别为 5.85、14.96、40.53 t/hm2，在火后恢复时间内，呈逐渐增加趋势，16～21年生的乔木平均生物量最大。

表1 研究样地概况

由表2还可以看出，兴安落叶松在幼龄林阶段生物量积累较慢，生产力较低，其原因主要来自于火烧后初期。这一时期，火烧迹地阳光充足，林下灌木草本大量繁殖，生长较快，且大量先锋树种白桦侵入迹地，在所调查的样地中白桦侵入率达到了30%，对落叶松的生长起到了一定的抑制作用。后期随着林分的发展，郁闭程度增加，部分林下阳性灌草退出生态系统，乔木生物量及生产力开始快速增加。

表2 火后不同林龄人工林乔木生物量

2.2 火后不同时期兴安落叶松人工林灌草及地被物载量

为更好地体现灌草和地被物的变化，以23 a以上的非火烧迹地人工林灌草和地被物载量作为对照，如表3所示:1～10 a，林内阳光充足，林地土壤比较贫瘠，有利于林下植被尤其是耐贫瘠的灌木及草本类植被生长，生物量较大，平均值为13.79 t/hm2，远大于乔木生物量，占林分生物量的86.0%，地被物载量也较小;11～20 a，随着林木的生长，郁闭度逐渐增大，部分草本及灌木生长受到抑制，因而其生物量呈下降趋势，平均生物量为5.85 t/hm2，占该阶段林分平均生物量的15.54%，地被物开始积累并逐渐增加，平均载量为4.07 t/hm2，占该阶段林分平均生物量的10.8%;21 a以后，在非火烧迹地人工林中灌草生物量处于极低的水平，地被物积累量增加显著，平均载量可达17.57 t/hm2，占该阶段林分平均生物量的7.6%。故灌草生物量占林分生物量的比例随林龄的增加而减少。

表3 火后不同林龄兴安落叶松人工林灌草及地被物载量

综合分析林分水平的生物量可以看出:1、9、10年生兴安落叶松人工林林下灌木及草本生物量较大，平均为13.79 t/hm2;12年生的兴安落叶松人工林样地中，地被物载量较高，为22.20 t/hm2，远大于乔木生物量3.39 t/hm2。最大的林分生物量为火后21年生兴安落叶松林，为60.93 t/hm2，其年平均生产力为2.90 t·hm－2·a－1;1～10、11～15、16～21 年生兴安落叶松人工林林分平均生物量分别为17.69、29.25、53.90 t/hm2。综上所述，在所调查的样地中，1～10年生兴安落叶松人工林的林分生物量主要以灌木和草本的生物量为主，其占林分生物量的比例最大，为86.0%，乔木生长非常缓慢;23～30年生兴安落叶松人工林的地被物载量最大，平均值为17.57 t/hm2。

3 讨论

火烧迹地21年生人工林乔木生物量可达55.19 t/hm2，年均生产力达 2.63 t·hm－2·a－1，其林分生物量可达 60.93 t/hm2，年均生产力达 2.90 t·hm－2·a－1，与以往的研究结果比较，本文21年生落叶松人工林林分生物量(60.93 t/hm2)低于刘世荣［9］在帽儿山人工林实验站测定的同龄落叶松人工林林分生物量(145.62 t/hm2)，原因主要来自于研究区域的差异。与国内其它兴安落叶松研究相比，本文21年生落叶松人工林林分生物量(60.93 t/hm2)与刘志刚［4］测定的内蒙古大兴安岭地区兴安落叶松天然林幼龄组地上生物量结果相近(61.31 t/hm2)，根据兴安落叶松人工林和天然林林龄组划分(人工林20 a以下，天然林40 a以下)，可知人工林林分生产力大于天然林林分生产力;26年生兴安落叶松人工林乔木生物量(119.28 t/hm2)与韩铭哲［8］测定的27年生兴安落叶松人工林乔木生物量结果相近(121.36 t/hm2)。

根据中国人工林的固碳能力的平均值(1.91 Mg/(hm2·a))［16］，可推算出中国人工林的平均生产力约为 3.82 t·hm－2·a－1，高于本文测定的21年生兴安落叶松人工林林分年均生产力(2.63 t·hm－2·a－1)，说明火后兴安落叶松人工幼龄林的生产力还有待改善，应加强抚育措施。由于在火烧迹地上种植人工林的年代有限，从现有的幼龄人工林样地无法得知其乔木生产力随林龄的总体变化趋势，有待进一步研究。

如表4所示，13、14、19、21 a的兴安落叶松林人工林中，非火烧迹地与火烧迹地乔木年均生产力差值最大为4.40 t·hm－2·a－1，平均为 2.88 t·hm－2·a－1;林分年均生产力差值最大为 5.09 t·hm－2·a－1，平均为 3.05 t·hm－2·a－1。可知，同龄非火烧迹地人工林林分生产力平均为火烧迹地人工林林分生产力的2.05倍，其中同龄非火烧迹地人工林乔木生产力平均为火烧迹地人工林乔木生产力的2.76倍。

表4 同龄不同造林地类型林木生产力比较 t·hm－2·a－1

非火烧迹地(湿地和荒地)人工林的林分生产力和乔木生产力均大于火烧迹地，原因可能是火烧迹地土壤较为贫瘠，养分状况决定了林分生产力水平;而非火烧迹地，特别是湿地上的人工林，多为垄台造林，地势较高，不受湿地含水率过高的影响，因此比火烧迹地人工林生长更为迅速。建议加大火烧迹地人工林的抚育措施以及林地养分管理，以有效地提高林分生产力水平。

［1］孙龙.1987年大兴安岭林火碳释放及火后NPP恢复［J］.林业科学，2009，45(12):100 －104.

［2］孔繁花，李秀珍，王旭高，等.林火迹地森林恢复研究进展［J］.生态学杂志，2003，22(2):60 －64.

［3］冯林，杨玉珙.兴安落叶松原始林三种林型生物量的研究［J］.林业科学，1985，21(1):86 －91.

［4］刘志刚.兴安落叶松天然林生物量及生产力的研究［J］.植物生态学报，1994，18(4):325 －337.

［5］陆玉宝.兴安落叶松天然林林分结构与生产力特征的研究［D］.呼和浩特:内蒙古农业大学，2006.

［6］孙玉军，张俊，韩爱惠，等.兴安落叶松幼中龄林的生物量与碳汇功能［J］.生态学报，2007，27(5):1756 －1762.

［7］海龙.兴安落叶松原始林和采伐后恢复林分的碳汇能力研究［D］.呼和浩特:内蒙古农业大学，2009.

［8］韩铭哲.兴安落叶松人工林生物量和生产力的探讨［J］.华北农学报，1987，2(4):134 －138.

［9］刘世荣，柴一新，蔡体久.兴安落叶松人工群落生量物与净初级生产力的研究［J］.东北林业大学学报，1990，18(2):40 －46.

［10］丁宝永，刘世荣，蔡体久.落叶松人工林群落生物生产力的研究［J］.植物生态学与地植物学学报，1990，14(3):226 －235.

［11］张俊.兴安落叶松人工林群落结构、生物量与碳储量研究［D］.北京:北京林业大学，2008.

［12］周振宝.大兴安岭主要可燃物类型生物量与碳储量的研究［D］.哈尔滨:东北林业大学，2006.